Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Антаков А.Б. 1

---

1 ФГОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»

Проведены исследования эффективности кладочных сеток из композитных стержней. Изготовлены и испытаны опытные образцы кладок с различной интенсивностью армирования. Определены величины трещинообразующих и разрушающих нагрузок, выявлены особенности напряженно-деформированного состояния армированных кладок. Установлено, что эффективность композитных сеток существенно ниже, чем стальных традиционных. Оценка достоверности нормативной методики расчета СП15.13330.2012 показала занижение результатов до 2,87 раза относительно опытных данных. Отклонения теоретических значений, полученных с использованием методики на основе теории сопротивления анизотропных материалов сжатию, непревышают 20-30 %.

Статья в формате PDF

4858 KB

каменная кладка

кирпич

раствор

косвенное армирование

композит

базальтопластиковая арматура

прочность

трещиностойкость

1. ГОСТ 8462-85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе. – М.: ИПК «Издательство стандартов». – 7 с.

2. ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний. ИПК Издательство стандартов, М. – 19 с.

3. Онищик Л.И. Каменные конструкции. – М.: Гос. издательство строительной литературы, 1939. – 208 с.

4. Соколов Б.С., Антаков А.Б. Исследования сжатых элементов каменных и армокаменных конструкций. Научное издание. – М.: Изд-во АСВ, 2010. - 104 с.

5. СП 15.13330.2012. Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования. /Минрегион России. – М., 2012. – 78 с.

6. СП 63.13330.2012. Конструкции из бетона с композитной неметаллической арматурой. Правила проектирования. – М.: Минрегион России, 2013. – 94 с.

Наиболее эффективным способом повышения несущений способности сжатых конструкций из каменной кладки является косвенное армирование, традиционно выполняемое стальными кладочными сетками. Нормативная методика расчета прочности кладки в зависимости от интенсивности армирования приведена в СП15.13330.2012 [5]. Критика данного подхода в части достоверности результатов не является задачей настоящей работы, но многочисленными исследованиями в области прочности каменных кладок [4] показано существенное занижение величин несущей способности элементов и конструкций. Это объясняется эмпирической структурой выражений методики, основу которой проф. Онищик Л.И. сформировал в 1930-х годах ХХ века [3], и недостаточной изученностью данного вопроса до настоящего времени.

С развитием и внедрением технологий производства композитных материалов на строительном рынке России появились стекло- и базальтопластиковые изделия – гибкие связи, анкеры, арматура и т.п. Данные материалы и изделия не являются принципиально новыми и ранее изучались с целью использования для армирования бетонных элементов [6, 7], но для повышения несущей способности каменных конструкций в составе кладочных сеток не применялись.

Целью настоящего исследования, выполненного с участием магистранта Нигметзянова И.Р., является оценка эффективности кладочных сеток из базальтопластиковых стержней, обладающих рядом преимуществ по отношению к стальным: коррозионная стойкость, большая прочность на растяжение и гибкость и т.п. Для реализации поставленной цели разработана программа исследований, предполагающая экспериментальную оценку прочности и трещиностойкости образцов каменной кладки, армированных композитными сетками с различной интенсивностью, определяемой «процентом армирования» – m.

Опытные образцы представляют собой столбы сечением 380*380 мм высотой 1000±50 мм. Толщины растворных швов не более 10 мм. В результате испытаний материалов каменной кладки: полнотелого керамического кирпича и цементно-песчаного раствора установлены их прочностные характеристики, соответствующие маркам М125 и М50 соответственно [1, 2]. Исследуемые сетки, склееные в пересечениях стержней расплавом полиэтилена, укладываются в горизонтальных швах в зависимости от требуемой интенсивности армирования через 1, 2 и 3 ряда кирпича. Кирпич перед укладкой увлажнялся в емкости с водой. Нагружение образцов кладки в возрасте 28-32 суток осуществлялось равномерно со скоростью 100-150 кН/мин с фиксацией моментов трещинообразования и разрушения.

В табл. 1 приведены результаты испытаний образцов каменной кладки серий 1-4, в том числе армированных исследуемыми сетками с диаметром стержней 3 мм и размером ячеек 80-85 мм (рис. 1). Образцы серии 5 армированы сетками из стержней диаметром 3,2 мм и шагом 50 мм, что соответствует значению m=0,422.

Рис. 1. Общие виды образцов кладки: а – подготовленного к испытаниям; б – испытанного; 3 – кладочной сетки, вырезанной по размеру сечения столбов

Таблица 1

Результаты испытаний образцов каменной кладки

В качестве характерных особенностей, отличающих композитные сетки от стальных [4], следует отметить меньшие величины несущей способности армированных кладок. Использование стальных сеток позволяет увеличить несущую способность элементов и конструкций до 3 раз при m=0,3-0,35, тогда как полученное повышение с m=0,422 составляет около 30 %. Причинами столь незначительного эффекта является податливое соединение стержней и относительно низкое значение модуля упругости Е=55000 МПа. В ходе разбора испытанных образцов установлено, что общее количество разорванных стержней сеток не превышает 10-15 %. Прочностной потенциал базальтового волокна не реализуется из-за недостаточности анкеровки в растворных швах кладки – стержни продергиваются.

В табл. 2 приведены усредненные показатели трещинообразующих и разрушающих напряжений по сериям испытанных образцов.

Таблица 2

Трещинообразующие и разрушающие напряжения

Зависимость относительных величин трещинообразующих и разрушающих напряжений от значений m приведена на рис. 2.

Рис. 2. Зависимости величин трещинообразующих и и разрушающих напряжений от степени интенсивности косвенного армирования µ

По данным табл. 2 видно, что использование исследуемых сеток в качестве косвенного армирования каменных кладок позволяет повысить их трещиностойкость и прочность до 33 %. При этом диапазон значений m, соответствующих области эффективного использования исследуемых изделий, аналогичен данным полученным для стальных сеток Онищиком Л.И. [3] – при m>0,3 приращения величин несущей способности не достигаются.

В табл. 3 приведены величины расчетных сопротивлений армированной кладки экспериментальных образцов, полученные с использованием положений нормативной методики [5]. Расчетные сопротивления Rsk вычислены по формуле СП

Rsk = R+pµRs/100, (1)

где Rs=1200*0,6=720 МПа – для базальтопластиковых стержней ∅3,0; 3,2 мм.

Таблица 3

Сопоставление опытных и теоретических величин расчетного сопротивления кладки

* – при m <0,1 сечение рассчитывается как неармированное (п. 7.31 СП [5]), т.е. Rsk=R.

Величины Rskэксп. определены с учетом коэффициента надежности k=2 (табл. 15 [5]).

Очевидно, что теоретические значения прочности кладки в 2,26-2,87 раза занижены относительно экспериментальных показателей.

Учитывая стабильность величины отношения Rskэксп./ Rsk одним из путей компенсации данного недостатка методики СП [5] может быть введение поправочного коэффициента k2=2 в выражение (1), приобретающее вид

Rsk = k2 [ R+pµRs/100] (2)

На рис. 3 приведены графические зависимости, полученные с использованием предлагаемого подхода. Очевидно, что введение эмпирического коэффициента k2 позволяет существенно и обоснованно повысить расчетные значения прочности каменных кладок, армированных композитными сетками.

Рис. 3. Зависимости величин теоретических (1, 2) и экспериментальных (3) величин расчетного сопротивления армированной кладки от степени интенсивности косвенного армирования µ

Другим способом расчетной оценки прочностных свойств армированной кладки является использование методики, основанной на теории сопротивления анизотропных материалов при сжатии и учитывающей комплекс физических свойств материалов и геометрических характеристик элементов или конструкций [4]. При этом имеется возможность помимо определения прочности выполнять оценку трещиностойкости каменных кладок. На рис. 4 приведено сопоставление опытных и теоретических результатов, полученных по методике [4] показывающее удовлетворительную сходимость.

Рис. 4. Сопоставление опытных данных и теоретических результатов расчета прочности (а) и трещиностойкости (б)

В качестве выводов к описанным исследованиям следует отметить следующее:

1. Исследованные кладочные сетки из композитных материалов дают некоторый эффект с повышением прочности и трещиностойкости каменных кладок до 30-33 %. Столь незначительные результаты по сравнению с традиционными стальными сетками объясняются рядом конструктивных, возможно устранимых, несовершенств – малая механическая прочность и податливость стыков стержней, недостаточное адгезионное сцепление с кладочным раствором.

2. Использование нормативной методики СП15.13330.2012 применительно к оценке несущей способности кладок, в том числе армированных композитными сетками, приводит к занижению прочностных показателей в 2,26-2,87 раза.

3. Оценка точности методики на основе теории сопротивления анизотропных материалов при сжатии показала удовлетворительные результаты – расхождения не превышают 20-30 %. Расчетные предпосылки могут быть уточнены в результате целенаправленных исследований сцепления компонентов системы «кладочный раствор-композит».

Библиографическая ссылка